FR2553756A1 - Procede pour produire des fibres fines a partir de matieres visqueuses - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE UN PROCEDE POUR PRODUIRE DES FIBRES FINES A PARTIR DE MATIERES VISQUEUSES. LE PROCEDE CONSISTE A FAIRE SORTIR LA MATIERE VISQUEUSE PAR UN ORIFICE 3, PROJETER UN PREMIER COURANT DE GAZ 4, 4 PROVENANT D'AU MOINS TROIS BUSES REPARTIES AUTOUR DE L'ORIFICE 3 AFIN DE REDUIRE BRUSQUEMENT LA SECTION D'UN PREMIER COURANT FIN DE MATIERE VISQUEUSE ET DE FORMER UN SECOND COURANT FIN 5, ET PROPULSER UN SECOND COURANT DE GAZ A GRANDE VITESSE 9 SUR CE SECOND COURANT FIN DE MATIERE VISQUEUSE 5 TRANSVERSALEMENT A L'AXE DU PREMIER COURANT FIN ET DANS UNE POSITION SITUEE EN AVAL DE LA POSITION OU LE PREMIER COURANT DE GAZ SE RAPPROCHE DE L'AXE DU PREMIER COURANT DE MATIERE VISQUEUSE AFIN D'AMINCIR ENCORE LE SECOND COURANT FIN. APPLICATION A LA FABRICATION DE FIBRES DE VERRES.

Description

La présente invention concerne un procédé pour produire des fibres à

partir d'une matière visqueuse telle que du verre fondu ou une matière plastique, en particulier des fibres de verre à partir d'un verre en fusion fortement visqueux Plus spécifiquement, elle se rapporte à la production de fibres ultrafines ayant un diamètre inférieur à

2 à 3 microns.

Ces dernières années, les opérations d'assemblage de parties de composants électriques tels que des circuits 10 intégrés et des composants intégrés à grande échelle (LSI) ainsi que des parties de composants de précision intervenant dans des montres, des appareils photographiques et des caméras, ont été effectuées dans des endroits propres, exempts de poussières et de crasse et contr 8 lés en température et en 15 humidité de manière à empêcher une réduction de performances de ces articles On s'attend à ce qu'un tel mode opératoire prenne de plus en plus d'importance dans le futur Pour nettoyer le volume de travail par enlèvement de la crasse et de la poussière, de fines fibres de verre sont fréquemment utilisées comme filtres et les besoins concernant ces fibres augmenteront encore dans le futur Il est également imposé de plus en plus de qualités auxdites fibres Les fibres de

verre utilisées dans de tels filtres d'enlèvement de poussières ont usuellement un diamètre de 0,2 à 3 microns, bien que 25 les diamètres diffèrent en fonction des qualités imposées.

D'autre part, des batteries au plomb utilisées pour des automobiles ou des motocyclettes contiennent comme

solution d'électrolyte une solution d'acide sulfurique dilué.

Pusique la solution fuit souvent sous l'effet de vibrations 30 ou de secousses, il se produit l'inconvénient d'avoir à compléter occasionnellement le remplissage en solution fraîche Récemment, on a mis au point un procédé pour empêcher une fuite de la solution d'électrolyte dans le cas de secousses et, conformément à ce procédé, des fibres de 35 verre imprégnées d'une solution d'acide sulfurique dilué sont disposées entre les électrodes Il en résulte que les besoins en fibres de verre utilisables dans des batteries ont

également tendance à augmenter.

Les fibres de verre utilisées pour des filtres à air ou des batteries sont des fibres courtes ayant un diamètre aussi petit que 0,2 à 3 microns, qui est d'environ 1/50 à 1/3 de celui des fibres de verre thermiquement isolant-es utilisées en général dans des habitations.

On connait les procédés suivants pour la production de courtes fibres de verre.

( 1) Procédé de soufflage à la vapeur Des jets de vapeur sous pression élevée sont 10 dirigés sur des verres fondus s'écoulant vers le bas de manière à souffler le verre fondu et à l'atténuer sous forme de laine de verre ( cf J Gilbert Mohr et William P Rowe, "FIBER GLASS ", Van Nostrand Reinhold Company, 1978, pages

9-10).

( 2) Procédé d'atténuation à la flamme Une flamme à grande vitesse est projetée sur des filaments solides de verre pour les transformer en fibres

( cf le document précité, page 10).

( 3) Procédé de centrifugation

Du verre fondu est transformé en fibres en l'étirant sous l'action d'une force centrifuge et en projetant en outre des jets d'air à grande vitesse sur lui ( cf le document précité, pages 12-13).

( 4) Procédé d'atténuation par jets de gaz Un courant de verre fondu est introduit dans des jets de gaz à grande vitesse et à haute température constituant des seconds jets au moyen de courants de gaz à haute pression et à haute température s'écoulant le long du courant de verre fondu et il est transformé en fibres fines par les 30 seconds jets ( cf le document précité, page 11, et le

brevet japonais publié sous le numéro 43 932/1977 correspondant au brevet US n 3 874 886).

( 5) Procédé RGJ (procédé avec jet de gaz tournant) Plusieurs courants de gaz à haute pression et à haute température sont projetés sous la forme d'un tourbillon contre un courant de verre fondu afin d'atténuer le verre ( se référer aux demandes de brevets japonais ne 25113/1977 et 17855/1982 ainsi qu'aux brevets US ne 4135903, 4185981 et

4243400).

Des fibres de verre produites par les procédés ( 1) à ( 5) conviennent généralement pour être utilisées comme des matières thermiquement isolantes pour des habitations,

des tuyauteries industrielles, etc, et elles ont un diamè5 tre d'environ 3 à 20 microns.

Lorsque ces procédés sont utilisés pour produire des fibres ultrafines pouvant être employées par exemple dans

les filtres à air mentionnés ci-dessus, ils posent les problèmes suivants.

Le procédé de soufflage à la vapeur ( 1) permet d'atténuer du verre jusqu'à un diamètre de 2 à 3 microns mais il ne peut pas produire des fibres plus fines On estime que le verre se solidifie avant que le diamètre de fibre ait diminué en dessous de cette valeur En outre, conformément 15 à ce procédé, le courant de verre s'écoulant vers le bas risque d'être rompu par les jets de vapeur à grande vitesse et le verre à l'état visqueux ne peut pas bien être introduit dans les jets de vapeur à grande vitesse En conséquence les filaments produits par ce procédé ont un diamètre non unifor20 me et contiennent de nombreuses imperfections telles que des films ( verre à paillettes), des boules ( verre globulaire)

et des boulettes ( fibres épaisses).

Dans le procédé d'atténuation à la flamme ( 2), des fibres primaires formées initialement sont introduites 25 de façon continue dans des jets d'air à grande vitesse et à température élevée de manière à être thermiquement ramollies et elles sont simultanément étirées par les jets d'air à grande vitesse En conséquence on peut obtenir des fibres

courtes ayant un petit diamètre et une grande longueur.

Cependant l'énergie thermique nécessaire pour le ramollissement et l'énergie cinétique nécessaire pour l'allongement des fibres primaires doivent être produites simultanément de manière à assurer en même temps le ramollissement par échauffement et l'allongement des fibres primaires En conséquence, 35 pour produire une énergie supérieure à celle nécessaire pour l'allongement, les jets d'air à grande vitesse doivent être utilisés dans des proportions extrêmement importantes pour former cette source d'énergie En outre, puisque le rendement de transmission de chaleur entre le gaz et le verre est mauvais, les débits des jets de gaz à grande vitesse sont extrêmement importants et sortent des limites auxquelles on

peut s'attendre.

Le procédé ( 2) constitue maintenant le seul procédé par lequel des fibres ultrafines utilisées pour les filtres précités sont produites industriellement Pour obtenir de telles fibres ultrafines, le diamètre des fibres primaires à introduire dans les jets de gaz à grande vitesse et à haute 10 température doit être rendu plus uniforme et plus petit et en conséquence laqcantité de gaz nécessaire pour la formation des fibres augmente encore Par exemple pour obtenir un kilo de fibres de verre d'un diamètre de 8 à 9 microns, il faut environ un kilo de butane pour former les jets de gaz-à 15 grande vitesse et à haute température Dans le cas de fibres d'un diamètre de 2 microns, il faut 3 kilos de butane Lorsque des fibres ayant un diamètre de 0,6 micron doivent être fabriquées, la quantité de butane nécessaire est d'environ 6 kilos Pour remédier à cet inconvénient, des tentatives ont 20 été faites par exemple pour préchauffer les fibres primaires avant l'insertion dans les jets de gaz à grande vitesse ( cf par exemple le brevet US n' 2 607 075) Cepedant les

résultats n'ont pas été entièrement satisfaisants.

Le procédé de centrifugation ( 3) consiste à introduire une matière ramollissable à chaud dans un disque ou filière tournante et à diriger des jets dair à grande vitesse sur des courants de matières analogues à des filets, sortant de trous ou de saillies répartis sur la périphérie du disque ou filière sous l'effet de la force centrifuge en vue d'assurer ainsi leur soufflage Il est très difficile d'obtenir ainsi des fibres de verre ayant un diamètre inférieur à plusieurs microns Cela s'explique par le fait que, lorsque le verre doit être atténué à une dimension inférieure

à plusieurs microns, l'atmosphère ambiante se trouve à basse 35 température et le verre se solidifie avant d'être étiré.

En outre puisque la partie tournante est soumise à des température élevées, sa détérioration est rapide.

Le procédé d'atténuation par jets de gaz ( 4) constitue un perfectionnement du procédé d'atténuation à la flamme indiqué ci-dessus Puisque dans ce procédé les fibres primaires sont formées de verre fondu et sont ensuite introduites dans les jets de gaz à grande vitesse et à haute température, le verre qui a été introduit dans ces jets de gaz à grande vitesse et à haute température se trouve déjà dans l'état ramolli, et les jets de gaz à grande vitesse et à haute température sont utilisés exclusivement pour produire l'atténuation du verre En conséquence le rendement thermique 10 pour l'atténuation du verre présente une augmentation sensible par rapport au procédé d'atténuation à la flamme mentionné ci-dessus Cependant conformément au procédé d'atténuation par jet de gaz, le verre à introduire dans les jets de gaz à grande vitesse et à haute température forme un seul filet 15 s'écoulant vers le bas à partir d'un orifice de sortie de verre Lorsque des tentatives sont faites pour répartir des orifices de sortie de verre dans une rangée sensiblement perpendiculaire aux jets de gaz èbrande vitesse et à haute température, on rencontre une limite à la réduction des pas d'alignement des orifices du fait qu'il existe une limitation physique à la production d'orifices de verre En conséquence ce procédé ne donne pas entièrement satisfaction en ce qui

concerne le rendement thermique.

Le procédé RGJ ( 5) est un excellent procédé 25 de production de fibres en ce qui concerne le rendement thermique du fait que le verre est atténué par soufflage d'une pluralité de jets de gaz à haute pression et à haute température, sous la forme d'un tourbillon, sur un courant de verre fondu s'écoulant vers le bas à partir d'un orifice. 30 Cependant lorsqu'on désire obtenir des fibres fines ayant un diamètre inférieur à 3 microns, il est nécessaire de réduire la viscosité du courant de verre fondu s'écoulant vers le bas à partir de l'orifice Dans ce but, la température de la matière du substrat intervenant dans l'orifice doit être augmentée On rencontre alors l'inconvénient que le platine utilisé comme substrat dans l'orifice est soumis à des températures proches de sa limite d'utilisation Lorsque les fibres de verre doivent avoir une bonne résistance chimique, la viscosité de la composition vitreuse augmente et il en résulte que la tendance précitée se manifeste de façon plus forte. Un objet de la présente invention est de créer un 5 procédé pour produire industriellement des fibres ultrafines, en particulier de courtes fibres ultrafines, à partir d'une

matière visqueuse et avec un bon rendement.

Un autre objet de l'invention est de créer un procédé de production industrielle de courtes fibres ultra10 fines à partir d'une matière visqueuse et avec un haut rendement, ce procédé apportant un perfectionnement par

rapport au procédé RGJ classique.

Conformément à cette invention, ces objets et avantages de la présente invention sont obtenus avec un 15 procédé de production de fibres fines, qui consiste à: ( 1) faire sortir une matière visqueuse d'un orifice de sortie, ( 2) projeter un premier courant de gaz rectiligne à grande vitesse à partir de chacune d'au moins trois buses 20 de gaz espacées circonférentiellement et disposées autour de l'orifice de sortie d'écoulement pour réduire brusquement la section d'un premier courant fin de la substance visqueuse qui est sortie dudit orifice et pour former un second courant fin de la matière visqueuse ayant une section réduite, ledit 25 premier courant de gaz à grande vitesse possédant les deux composantes vectorielles suivantes, (A) une composante tangentielle placée le long de la circonférence extérieure de la partie dudit premier courant fin de la substance visqueuse qui croise l'axe 30 dudit premier courant fin, et (B) une composante se rapprochant d'abord graduellement de l'axe dudit premier courant fin dans la direction d'écoulement de la matière visqueuse et s'éloignant ensuite graduellement dudit axe, et ( 3) projeter un second courant de gaz à grande vitesse sur ledit second courant fin de section réduite depuis la zone de croisement de l'axe du premier courant fin de matière visqueuse dans une position située en aval de la position o le premier courant de gaz à grande vitesse se rapproche de l'axe du premier courant fin de la matière visqueuse, en considérant la direction d'écoulement de la matière visqueuse, en amincissant ainsi encore le second courant fin. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mis en évidence dans la suite de la descriptin, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la Figure 1 est une vue en plan partielle schématique d'un mode de réalisation d'un appareil de fabrication de fibres utilisé dans cette invention; la Figure 2 est une vue en coupe faite suivant la ligne A-A' de la figure 1; et la Figure 3 est un schéma d'un dispositif de génération de courant de gaz à grande vitesse, qui illustre la formation d'un second courant de gaz à grande vitesse par utilisation d'un gaz enrichi en oxygène moléculaire dans l'appareil de fabrication de fibres utilisé dans cette invention Le procédé conforme à l'invention comprend fondamentalement une première étape consistant à faire sortir une matière visqueuse d'un orifice de sortie d'écoulement, une seconde étape consistant à projeter un premier courant rectiligne de gaz à grande vitesse sur un courant fin de la 25 matière visqueuse qui est sorti de l'orifice précité afin de réduire brusquement la section du courant fin et de former un second courant fin, et une troisième étape consistant à projeter un second courant de gaz à grande vitesse sur le second courant fin pour amincir encore ce second courant. 30 La matière visqueuse est une matière ramollissable par échauffement, comme du verre Pour faire sortir la substance visqueuse par l'orifice de sortie d'écoulement, on peut opérer, par exemple dans le cas du verre, en assurant par échauffement la fusion de verre dans un creuset de façon 35 à former une matière visqueuse et à laisser sortir la matière

visqueuse de façon continue par un orifice de sortie d'écoulement ménagé par exemple dans la paroi de fond du creuset.

Généralement, l'orifice de sortie d'écoulement a une section de forme circulaire et en conséquence le courant fin de matière visqueuse sortant par l'orifice précité a également

une section circulaire.

Dans la seconde étape, le courant rectiligne de gaz à 5 grande vitesse est projeté sur le courant fin de matière visqueuse La projection du courant de gaz à grande vitesse est effectuée en faisant sortir sous forme d'un jet le courant rectiligne de gaz à grande vitesse de chacune d'au moins trois buses de formation de jets de gaz qui sont répar10 ties autour de l'orifice de sortie d'écoulement en étant circonférentiellement espacées l'une de l'autre Chaque courant de gaz à grande vitesse a une composante tangentielle placée le long de la circonférence extérieure de la partie dudit premier courant fin de matière visqueuse qui croise 15 l'axe dudit premier courant fin, et une composante qui se rapproche d'abord graduellement de l'axe dudit premier courant fin dans la direction d'écoulement de la matière

visqueuse et qui s'éloigne ensuite graduellement dudit axe.

Lorsque le courant fin de matière visqueuse est 20 soumis à l'action d'au moins trois courants de gaz rectilignes à grande vitesse, un moment de rotation autour de l'axe du courant fin est exercé sur le courant fin par la composante tangentielle du courant de gaz à grade vitesse Entre temps, le courant fin est simultanément étiré dans sa direc25 tion d'écoulement par l'autre composante du courant de gaz à grande vitesse En conséqunce, au voisinage de la position o l'axe du courant de gaz à grande vitesse se rapproche le plus de l'axe du courant fin ( qui est parfois appelée un premier point de convergence), le courant fin est déformé en 30 forme de c 8 ne par ces courants de gaz à grande vitesse et il diminue brusquement de section Ainsi par exemple le premier courant fin de matière visqueuse s'écoulant avec un diamètre de 0,5 à 2,0 mm dans la première étape est réduit à environ 0,3 mm dans la seconde étape, en correspondance au diamètre 35 de la partie de pointe du profil conique, et il est par conséquent cqnverti en un second courant fin ayant un diamètre

d'environ 4 à 20 microns.

En conséquence il est souhaitable que les buses de formation de jets de gaz, prévues au nombre de trois ou plus, soient réparties circonférentiellement symétriquement autour de l'orifice de sortie d'écoulement de matière visqueuse de manière à exercer graduellement un moment de rotation sur le courant fin de matière en correspondance au premier

point de convergence.

Les descriptions données dans le brevet US

nô 4 135 903 et dans son brevet britannique correspondant no 1 555 780, qui se rapportent à la première et à la seconde 10 étape de la première invention, sont citées ici à titre de référence. Dans la troisième étape, le second courant de gaz à grande vitesse est projeté sur le second courant fin Cette projection est effectuée à partir de la zone de croisement 15 de l'axe du premier courant fin dans une position située en aval de la position ( premier point de convergence) o le premier courant de gaz à grande vitesse se rapproche le plus de l'axe du premier courant fin, en considérant la direction

d'écoulement du premier courant fin.

Avantageusement, l'énergie cinétique du second courant de gaz à grande vitesse par unité de volume est inférieure à l'énergie cinétique par unité de volume du premier courant de gaz à grande vitesse qui a touché le second courant de gaz à grande vitesse après collision avec le courant fin En d'autres termes, lorsque le premier courant de gaz à grande vitesse a une plus grande énergie cinétique par unité de volume que le second courant de gaz à grande vitesse, le premier courant de gaz à grande vitesse pénètre dans le second courant de gaz à grande vitesse et le second 30 courant fin de matière visqueuse qui est supporté par le premier courant de gaz à grande vitesse est introduit uniformément dans le second courant de gaz à grande vitesse De même la section du second courant de gaz à grande vitesse est plus grande que celle du premier courant de gaz à grande vitesse de sorte que le second courant fin peut être introduit

uniformément dans le second courant de gaz à grande vitesse.

Par projection du second courant de gaz à grande vitesse sur le second courant fin dans une position située en aval du premier point de convergence, le second courant fin, dont la dimension a-été réduite par le premier courant de gaz à grande vitesse, peut être encore aminci En outre, en projetant le second courant de gaz à grande vitesse sur le second courant fin dans une direction croisant l'axe du premier courant fin, par exemple dans une direction perpendiculaire à l'axe de ce premier courant fin, on peut aisément définir un espace de montage d'une buse servant à projeter le second courant de gaz à grande vitesse En outre, puisque la 10 direction de propagation du second courant fin est modifiée par le second courant de gaz à grande vitesse, le second

courant fin est encore aminci.

Lorsque la matière visqueuse est une matière conservant un état visqueux stable à des températures élevées, 15 par exemple du verre, le second courant de gaz à grande vitesse est produit de préférence en faisant brûler un gaz combustible avec un gaz contenant de l'oxygène moléculaire et ayant une plus forte teneur en oxygène que l'air, de préférence un gaz enrichi en oxygène moléculaire ayant une 20 teneur en oxygène d'au moins 22 % en volume,-de manière à maintenir le second courant fin à une température suffisamment élevée pour augmenter son étirage Ledit gaz enrichi en oxygène moléculaire ayant une forte teneur en oxygène peut être aisément préparé, par exemple, en mélangeant de l'air à l'oxy25 gène, et cela offre l'avantage de pouvoir maintenir à une valeur faible le débit d'un gaz contenant de l'oxygène moléculaire en quantité nécessaire pour une combustion complète du combustible En conséquence, le gaz ainsi formé se trouve à une température plus élevée que le gaz qui est produit en 30 utilisant de l'air L'utilisation du gaz à haute température ainsi engendré pour former le second courant de gaz à grande vitesse peut servir à réduire au minimum des effets perturbateurs pouvant être provoqués par le refroidissement du premier courant de gaz à grande vitesse par de l'air ambiant jusqu'à 35 des températures plus basses que celle du premier courant de gaz à grande vitesse lors de sa pénétration dans le second courant de gaz àgrande vitesse En conséquence le second courant fin est maintenu à une température élevée qui est suffisante pour permettre son étirage additionnel par le second courant de gaz à grande vitesse, de sorte qu'il est

avantageusement transformé en fibres ultrafines.

Le procédé conforme à l'invention se compose 5 fondamentalement des étapes 1 à 3 précitées mais il est également possible d'effectuer l'étape 4 suivante entre les

étapes 2 et 3.

L'étape 4 est effectuée en projetant plusieurs courants auxiliaires de gaz à grande vitesse, ayant un second 10 point de convergence très proche de l'axe du premier courant fin et situé en dessous du premier point de convergence, ou bien orientés sensiblement parallèlement à l'axe de l'orifice de sortie de matière visqueuse en étant produit par plusieurs buses auxiliaires qui sont placées à l'extérieur des trois ( au moins) buses précitées ( qui sont appelées les premières buses de formation de jets de gaz), de manière que ces courants auxiliaires de gaz rejoignent le second courant fin qui a été formé par le premier courant de gaz à grande vitesse avant qu'il entre pratiquement en contact avec le second courant de gaz à grande vitesse Les avantages obtenus par utilisation des courants auxiliares de gaz à grande vitesse consistent en ce que le second courant fin peut être étiré avant son étirage par le second courant de gaz à grande vitesse et que ce second courant fin peut être introduit très 25 aisément dans le second courant de gaz à grande vitesse par

l'action des courants auxiliaires de gaz à grande vitesse.

En conséquence, conformément à cette invention, le courant fin de matière visqueuse peut être efficacement encore aminci par des courants de gaz de petits débits intervenant dans la seconde étape et facultativement dans la quatrième étape, et les buses de formation des courants de gaz peuvent être placées au voisinage de l'orifice de sortie d'écoulement de matière visqueuse La présente invention permet par conséquent une très forte augmentation de la 35 quantité de fibres produites par unité de débit des gaz utilisés En outre, puisqu'il est possible conformément à cette invention de placer une pluralité d'orifices de sortie

d'écoulement en juxtaposition, on peut augmenter considérable-

ment la quantité de fibres produites par appareil De tels avantages ne peuvent pas être obtenus par exemple par le

procédé d'atténuation par jets de gaz ( 4) mentionné cidessus.

Pour faciliter la compréhension des particularités de la présente invention, le procédé conforme à l'invention

va maintenant être décrit en référence aux figures 1 à 3.

Sur la figure 1, M représente l'embouchure d'un orifice 3 de sortie d'écoulement d'une matière visqueuse, 10 et un premier groupe de buses de formation de jets de gaz al, bl, a'1 et b'1 sont disposées pratiquement symétriquement

autour de l'orifice de sortie d'écoulement 3 (M).

La figure 2 est une vue en coupe de la figure 1, transversalement au premier groupe de buses de formation de 15 jets de gaz La figure 1 eprésente quatre buses de formation de jets de gaz Dans l'appareil de production de fibres utilisé dans cette invention, il est nécessaire que des buses de formation de jets de gaz du premier groupe soient disposées

symétriquement autour de l'orifice de sortie de matière 20 visqueuse Le nombre desdites buses n'est pas limité.

Le cas échéant, on peut prévoir plusieurs buses auxiliaires de formation de jets de gaz ( non représentées) à l'extérieur des buses du premier groupe Les axes des buses auxiliaires comportent un second point de convergence o 25 elles se rejoignent presque ou complètement sur l'axe de l'orifice de sortie de matière visqueuse, ou bien elles peuvent être parallèles à l'axe de l'orifice de sortie de matière visqueuse Le second point de convergence est situé un peu en dessous du premier point de convergence o les axes des buses du premier groupe se rapprochent le plus de

l'axe de l'orifice de sortie de matière visqueuse.

Sur la Figure 2, on a désigné par 8 une ouverture de production de jet de gaz ( qui sera appelée une seconde ouverture de soufflage), qui a la forme d'une buse ou d'une 35 fente de production d'un second courant de gaz à grande vitesse 9 Avantageusement, la partie extrême supérieure de l'ouverture 8 de formation de jet de gaz, ou bien une surface de prolongement de sa paroi intérieure, est placée légèrement en dessous du point de convergence des axes des premières buses 4 et 4 ' Si la partie extrême supérieure de la seconde ouverture de soufflage est placée audessus du point de convergence des axes des premières buses, la forme conique 10 du courant de matière visqueuse 5 est déformée par l'action du second courant de gaz à grande vitesse 9 et l'écoulement devient non uniforme En conséquence la matière

visqueuse reste en partie non transformée en fibres.

En conséquence, un courant fin 5 sur lequel a été 10 exercée une force de rotation par le premier courant de gaz à grande vitesse qui est projeté par le premier groupe de buses al, a'l, b 1 et b'1 ( figure 1) est libéré en un point situé au delà du point de convergence C du premier groupe de buses de formation de jet de gaz et il s'écoule radialement dans une direction perpendiculaire a 1 Vaxe de l'orifice de sortie

d'écoulement 3 sous l'effet de sa propre force centrifuge.

Cependant une partie de ce courant est soumise à un soufflage exercé par le premier courant de gaz à grande vitesse projeté par le premier groupe de buses al, a'1, b 1 et b'1 et pénètre 20 dans la partie centrale du second courant de gaz à grande vitesse 9 projeté par l'ouverture de soufflage 8 et est ainsi soumise à l'action du courant de gaz ayant une plus grande vitesse D'autre part, la partie du courant fin de matière visqueuse qui n'est pas entraînée par le premier courant de 25 gaz à grande vitesse sortant du premier groupe de buses al, a'l, b 1 et b' 11 pénètre dans une zone à vitesse plus faible du second courant de gaz à grande vitesse 9 ou d'un courant d'air correspondant Puisque la partie du courant fin qui a pénétré dans la zone centrale du second courant de gaz 30 à grande vitesse 9 présente une continuité avec la partie qui a pénétrédans la zone à basse vitesse ou dans le courant d'air correspondant, il se produit à la fois un allongement et un amincissement dans des périodes de temps différentes après que lesdites parties ont pénétré dans le second courant 35 de gaz à grande vitesse 9 Avantageusement, la quantité de mouvement du premier courant de gaz à grande vitesse qui est projeté par le premier groupe de buses al, ail, b 1 et b'l, considérée par unité de surface de section, est plus grande

que celle du second courant de gaz à grande vitesse 9.

Avantageusement, le premier courant de gaz à grande vitesse atteint la zone centrale ( o la vitesse du courant de gaz est la plus élevée) du second courant de gaz à grande vitesse 9 projeté par la seconde ouverture de soufflage

et, dans ce cas, on peut aisément obtenir des fibres fines.

Lorsque les buses auxiliaires de production de jets de gaz sont prévues, les courants de gaz sortant de ces buses auxiliaires servent à dériver le courant fin 5 10 dans la zone centrale du second courant de gaz à grande vitesse 9 et permettent d'obtenir aisément des fibres plus fines A mesure que la distribution de vitesse du second courant de gaz à grande vitesse 9 dans sa direction de section droite s'élargit, on peut obtenir avantageusement 15 des fibres plus fines La température appropriée du second courant de gaz à grande vitesse est d'au moins l OOOC, de préférence d'au moins 1300 *C, lorsque par exemple on désire produire des fibres de verre ultrafines Si la température du second courant de gaz à grande vitesse est trop élevée, 20 les fibres sont à nouveau désagrégées et leur tension superficielle devient prédominante En conséquence les

fibres prennent la forme de boules.

On va décrire dans la suite des modes préférés de réalisation de l'appareil de production de fibres utilisé 25 avantageusement dans la mise en oeuvre du procédé conforme à l'invention

( 1) Diamètres et longueurs de l'orifice et des buses.

Diamètre de l'orifice de sortie d'écoulement de verre fondu

(DL sur la figure 2): 0,4 2,5 mm, de préférence 30 0,5 1,5 mm.

Diamètre de chacune des buses de production de jets de gaz du premier groupe (DG sur la figure 2: 0,2 1,5 mm, de

préférence 0,5 0,8 mm.

Longueur du premier groupe de buses de production de jets de 35 gaz (LG sur la figure 2): 1 7,5 mm, de préférence 2,5 4 mm. ( 2) Positions relatives des premières buses dans la vue en coupe Distance entre les axes dans la surface d'ouverture

(BG sur la figure 2): 1 5 mm, de préférence 2 4 mm.

Angle ( d sur la figure 2) formé entre un plan théorique perpendiculaire à l'axe de l'orifice de sortie d'écoulement et l'axe de la première buse: 20 70 , de préférence

550.

Distance perpendiculaire entre la surface d'ouverture et 10 le premier point de convergence ( LF sur la figure 2):

0,5 3 mm, de préférence 1 2 mm.

( 3) Position relative de la seconde ouverture de soufflage

dans la vue en coupe.

Distance entre la surface d'embouchure de la première buse 15 et l'extrémité supérieure de la surface d'embouchure de la seconde ouverture de soufflage ( LB sur la figure 2): 0,6 5 mm, de préférence 1 3 mm, à condition que LB

soit supérieure à LF.

Diamètre de la surface d'embouchure de la seconde ouverture 20 de soufflage (SB sur la figure 2): 1 10 mm, de préférence 1,5 5 mm.

Distance entre l'axe de l'orifice de sortie d'écoulement et la surface d'embouchure de la seconde ouverture de

soufflage (SL sur la figure 2): 1,5 20 mm, de préfé25 rence 2 10 mm.

Angle ( p sur la figure 2) formé entre l'axe central d'écoulement de gaz de la seconde ouverture de soufflage

et un plan théorique perpendiculaire à l'axe de l'orifice de sortie d'écoulement de matière visqueuse: O 60 , de 30 préférence O 45 , plus avantageusement O 15 e.

( 4) Position relative des buses dans le plan.

Distance entre les axes des deux premières buses à l'intérieur d'un plan théorique passant par le premier point de convergence et perpendiculaire à l'axe de l'orifice de sortie d'écoulement de matière visqueuse ( SG sur la figure

1): 0,5 2 mm, de préférence 0,7 1,5 mm.

Distance entre des orifices adjacents de sortie d'écoulement

de matière visqueuse (P sur la fig 1): 1,0 l Omm, de préférence 1,5 5 mm.

La présente invention peut être appliquée à différentes matières visqueuses Par exemple lorsqu'on utilise du verre comme matière visqueuse, le premier gaz peut être maintenu à une pression ( la pression dans les orifices 4, 4 ' sur la figure 2) de 1,0 à 2,0 x 105 Pa, par exemple 1,5 x 105 Pa, et une température ( la température à l'intérieur des orifices 4, 4 ' sur la figure 2) de 1150 à 1250 'C, et le second gaz peut être maintenu à une pression ( la pression régnant à l'intérieur de l'ouverture 8 sur la figure 2) de 0,2 à 0,5 x 105 Pa, par exemple de 0,3 x 105 Pa, et à une température ( la température régnant à l'intérieur de l'ouverture 8 sur la figure 2) de 1600 à 2000-C Lorsque la matière visqueuse est une matière thermoplastique comme du terephtalate de polyéthylène, la température du premier 15 gaz est d'environ 300-C et la température du second gaz est de 400 à 500 C Les pressions de ces gaz peuvent être les mêmes que celles définies ci-dessus pour le verre Dans les conditions indiquées ci-dessus, l'énergie cinétique par unité

de section de passage du premier gaz est à peu près égale au 20 double de celle du second gaz.

Dans l'appareil de production de fibres représenté sur les figures 1 et 2 et qui est utilisé avantageusement dans la mise en oeuvre de cette invention, du verre fondu 2 qui a été fondu dans un creuset de fusion de verre ( non 25 représenté) et qui s'est écoulé dans un dispositif de production de fibres ( creuset en platine) 1 sort par l'orifice 3 et est entrainé à partir d'un dispositif de *ération de gaz à haute pression et à température élevée ( non représenté) par l'intermédiaire d'une entrée (, non représentée). 30 Il passe dans des collecteurs 7 et 7 ', en étant d'abord soumis à l'action de premiers courants de gaz à grande vitesse qui sont projetés à température élevée et sous une pression élevée par des premières buses 4 et 4 ' et il est converti en fibres tout en formant un cône 10 Ensuite, sous l'action d'un second 35 courant de gaz à grande vitesse et à haute température qui est projeté par une seconde ouverture de souffla&e 8, il est encore chauffé et allongé sous forme de très fines fibres de verre. La figure 3 est un schéma d'un dispositif de génération de courant de gaz à grande vitesse servant à produire le second courant de gaz à grande vitesse par utilisation d'un gaz enrichi en oxygène moléculaire dans l'appareil de production de fibres utilisé dansla mise en

oeuvre du procédé conforme à l'invention.

De l'air comprimé par un compresseur 18 est envoyé dans un mélangeur 30 par l'intermédiaire d'un tuyau principal 31 seulement dans la quantité imposée qui est réglée à l'aide d'une vanne de régulation de débit 27 Le débit d'air comprimé est détecté par un orifice 24 et par un générateur de pression différentielle 25 Le degré d'ouverture d'une première vanne de régulation de débit 28, pour un combustible tel que du butane provenant d'un réservoir à combustible 19, est réglé conformément au débit de combustible désiré qui est établi par un dispositif de prescription de débit 26 de manière à s'adapter à la quantité détectée d'air comprimé et la quantité nécessaire de combustible est débitée dans le tuyau principal 31 Entre temps, de l'oxygène 20 provenant d'un générateur 17 est envoyé dans un mélangeur par l'intermédiaire du tuyau principal 31, dans la quantité nécessaire commandée par une vanne de régulation de quantité d'oxygène 23 La quantité d'oxygè-ne est détectée par un orifice 20 et par un générateur de pression différentielle 21. 25 Le degré d'ouverture d'une seconde vanne de régulation de débit 29 est ajusté en correspondance au débit de combustible prescrit par un dispositif de prescription de débit 22 de manière à correspondre à la quantité détectée d'oxygène, et la quantité nécessaire de combustible est introduite dans le 30 tuyau principal 31 Le combustible, l'air et l'oxygè- ne sont intimement mélangés par le mélangeur 30 et ils sont brûlés à l'intérieur d'une buse de sortie 16 de façon à produire le second courant de gaz à grande vitesse à une température appropriée. Lorsque le verre en fusion est transformé en fibres en utilisant le processus de production de fibres conforme à cette invention, on peut aisément obtenir de très fines fibres ayant un diamètre de 2,0 microns ou moins Ces fibres fines ne peuvent pas être obtenues en utilisant un appareil de formation de fibres comportant seulement le premier groupe de buses de production de jets de gaz, ou bien un appareil de production de fibres comportant le premier 5 groupe de buses ainsi que des buses auxiliaires de production de jets de gaz L'énergie thermique nécessaire pour l'échauffement et l'allongement est de 1/3 à 1/4 de celui nécessaire dans le procédé d'atténuation par flamme et il est inférieur environ de moitié à celui nécessaire dans le 10 procédé d'atténuation par jets de gaz, et on peut obtenir conformément à la présente invention des fibres très fines

ayant la même qualité que dans les procédés précités.

Claims (3)

REVENDICATIONS

1 Procédé de production de fibres fines, caractérisé en ce qu'il consiste à: ( 1) faire sortir une matière visqueuse d'un orifice de sortie d'écoulement ( 3), ( 2) projeter un premier courant de gaz rectiligne à grande 14,4 vitese'à' partir de chacune d'au moins trois buses de gaz (ai, b 1, a'l, b'l) espacées circonférentiellement et disposées autour de l'orifice de sortie d'écoulement pour 10 réduire brusquement la section d'un premier courant fin (M) de la substance visqueuse qui est sortie dudit orifice et pour former un second courant fin ( 5) de la matière visqueuse ayant une section réduite, ledit premier courant de gaz à grande vitesse ( 4, 4 ') possédant les 15 deux composantes vectorielles suivantes, (A) une composante tangentielle placée le long de la circonférence extérieure de la partie dudit premier courant fin (M) de la substance visqueuse qui croise l'axe dudit premier courant fin, et (B) une composante se rapprochant d'abord graduellement de l'axe dudit premier courant fin (M) dans la direction d'écoulement de la matière visqueuse et s'éloignant ensuite graduellement dudit axe, et ( 3) projeter un second courant de gaz à grande vitesse ( 9) sur 25 ledit second courant fin ( 5) de section réduite depuis la zone de croisement de l'axe du premier courant fin (M) de matière visqueuse dans une position située en aval de la postion (C) o le courant de gaz à grande vitesse ( 4, 4 ') se rapproche de l'axe du premier courant 30 fin (M) de la matière visqueuse, en considérant la

direction d'écoulement de la matière visqueuse, en amincissant ainsi encore le second courant fin ( 5).

2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend en outre une étape, à exécuter avant l'étape ( 3), consistant à projeter plusieurs courants auxiliaires de gaz à grande vitesse ayant un second point de convergence très rapproché de l'axe du premier courant fin (M) en dessous du premier point de convergence (C), ou bien orientés sensiblement parallèlement à l'axe de l'orifice ( 3) de sortie d'écoulement de matière visqueuse, ces courants étant produits par plusieurs buses auxiliaires de génération de jets de gaz qui sont placées à l'extérieur des au moins trois buses précitées (ala'l, bi b), pour que lesdits courants auxiliaires rejoignent le second courant fin ( 5) formé par le premier courant de gaz à grande vitesse ( 4, 4 ') avant qu'il entre pratiquement en contact

avec le second courant de gaz à grande vitesse ( 9).

3 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le second courant de gaz à grande vitesse ( 9) est formé d'un gaz à haute température produit par combustion d'un combustible avec un gaz enrichi en oxygène moléculaire

et contenant au moins 22 % en volume d'oxygène moléculaire 15 gazeux.